【文章內(nèi)容簡介】 值為故已知扭矩作用點之間的距離，滾珠絲杠的剪切模量，滾珠絲杠的底徑，則有 （1）計算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量已知滾珠絲杠的密度，則有（2）計算折算到絲杠軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動慣量已知橫向進給系統(tǒng)執(zhí)行部件的總質(zhì)量為m=。絲杠軸每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件在軸向移動的距離L=（3）計算各齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 （4）計算加在電動機軸上總負載轉(zhuǎn)動慣量 （5）計算折算到電動機軸上的切削負載力矩已知在切削狀態(tài)下的軸向負載力，絲杠每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件軸向移動的距離L=6mm=，進給傳動系統(tǒng)的傳動比i==，則有 （6）計算折算到電動機上的摩擦負載力矩 已知在不切削狀態(tài)下的軸向負載力矩，則有 （7）計算由滾珠絲杠預緊力產(chǎn)生的并折算到電動機軸上的附加負載力矩 已知滾珠絲杠螺母副的效率，滾珠絲杠螺母副的預緊力為 折算到電動機軸上的負載力矩T的計算。 空載時（快進力矩），為 切削時（工進力矩），為根據(jù)以上計算結(jié)果和查表初選130BF001型反應式步進電動機，其轉(zhuǎn)動慣量；而進給傳動系統(tǒng)的負載慣量；對于開環(huán)系統(tǒng)，一般取加速時間。當機床以最快進給速度運動時電動機的最高轉(zhuǎn)速為： 　 ?。?）計算橫向進給系統(tǒng)所需的折算到電動機軸上的各種力矩 計算空載啟動力矩 計算快進力矩 計算工進力矩 （9）選擇驅(qū)動電動機的型號根據(jù)以上計算和查表選擇國產(chǎn)150BF002型電動機，其主要參數(shù)如下：相數(shù)，5；步距角，；最大靜轉(zhuǎn)矩，；轉(zhuǎn)動慣量，；最高空載啟動頻率，2800Hz；運行頻率，8000Hz；分配方式，五相十拍。 確定最大靜轉(zhuǎn)矩： 機械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩與所需的步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為： 機械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩與所需的步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為： 取和中的較大者為所需的步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩。本電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩為，大于，可以在規(guī)定的時間內(nèi)正常啟動，故滿足要求。 驗算慣量匹配，為了使機械傳動的慣量達到較合理的匹配，系統(tǒng)的負載慣量與伺服電動機的轉(zhuǎn)動慣量之比一般應滿足下式： 因為，故滿足慣量匹配要求。 滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度，機床執(zhí)行部件的質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量分別為、滾珠絲杠螺母副和機床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為，已知m=，則： 折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當量轉(zhuǎn)動慣量為已知滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度，則由以上計算可知，絲杠—工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率、扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率都比較高。一般按的要求來設計機械傳動系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。（1）計算機械傳動系統(tǒng)的反向死區(qū)已知進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值，導軌的靜摩擦力為，則即，故滿足要求。 （2）計算機械傳動系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差 即，故滿足要求。 （3）計算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差 已知負載力矩，扭矩作用點之間的距離，絲杠底徑，則有 由該扭轉(zhuǎn)變形引起的軸向移動滯后量將影響工作臺的定位精度，有確定滾珠絲杠螺母副的精度等級，本進給傳動系統(tǒng)采用開環(huán)控制系統(tǒng)，應滿足如下要求： 取滾珠絲杠螺母副的精度等級為3級，查表得，當螺紋長度約為350mm時，；；故滿足設計要求。第五章 數(shù)控機床控制系統(tǒng)設計數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計 設計內(nèi)容，確定硬件電路的方案，并繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖；；；／Ｏ接口電路，檢測電路，轉(zhuǎn)換電路以及驅(qū)動電路等；；，圖中要標明各器件的型號，管腳號及參數(shù)；。 設計步驟。數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成：1． 主控制器。即中央處理單元CPU2． 總線。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。3． 存儲器。包括只讀可編程序存儲器和隨機讀寫數(shù)據(jù)存儲器。4． 接口。即I/O輸入輸出接口。數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如下所示：中央處理單元CPU存儲器RAMROM外設：鍵盤，顯示器，打印機，磁盤機，通訊接口等輸入/輸出I/O接口信號變換控制對象ＭＣＳ－５１系列單片機是集中ＣＰＵ，Ｉ／Ｏ端口及部分ＲＡＭ等為一體的功能性很強的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構(gòu)成一個完整的微機控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設計選用８０３１芯片作為主控芯片。(１）程序存儲器的擴展單片機應用系統(tǒng)中擴展用的程序存儲器芯片大多采用ＥＰＲＯＭ芯片。其型號有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分別為２k,4k,8k,16k32k。在選擇芯片時要考慮ＣＰＵ與ＥＰＲＯＭ時序的匹配。８０３１所能讀取的時間必須大于ＥＰＲＯＭ所要求的讀取時間。此外，還需要考慮最大讀出速度，工作溫度以及存儲器容量等因素。在滿足容量要求時，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡化系統(tǒng)。綜合以上因素，選擇２７６４芯片作為本次設計的程序存儲器擴展用芯片。單片機規(guī)定Ｐ0口提供８為位地址線，同時又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提高低８位的地址信息，一般采用７４ＬＳ３７３芯片作為地址鎖存器，并由ＣＰＵ發(fā)出允許鎖存信號ALE的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。 ↓ ↓ ALE ↓ 由以上分析，采用２７６４EPROM 芯片的程序存儲器擴展電路框圖如下所示 A12↓ A8 2764A7↓A0 D7↓ D0譯碼電路G74LS372擴展2764電路框圖 (２）數(shù)據(jù)存儲器的擴展由于８０３１內(nèi)部ＲＡＭ只有１２８字節(jié)，遠不能滿足系統(tǒng)的要求。需要擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器。單片機應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器擴展電路一般采用6116,6262靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲器。本次設計選用６２６４芯片作為數(shù)據(jù)存儲器擴展用芯片。其擴展電路如下所示： ↓ ALE ↓ A12↓ A8A7↓ 6264A0D7↓D0 ↓ D0譯碼電路G74LS372擴展6264電路框圖 (３）譯碼電路在單片機應用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機相連。單片機數(shù)據(jù)總線分時的與各個外圍芯片進行數(shù)據(jù)傳送。故要進行片選控制。由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲器采用統(tǒng)一編址，因此單片機的硬件設計中，數(shù)據(jù)存儲器與外圍芯片的地址譯碼較為復雜?？刹捎镁€選法和全地址譯碼法。線選法是把單獨的地址線接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。線選法的硬件結(jié)構(gòu)簡單，但它所用片選線都是高位地址線，它們的權(quán)值較大，地址空間沒有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。對于ＲＡＭ和Ｉ／Ｏ容量較大的應用系統(tǒng)，當芯片所需的片選信號多于可利用的地址線的時候，多采用全地址譯碼法。它將低位地址作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對高位地址線進行譯碼，譯碼器輸出的地址選擇線用作片選線。本設計采用全地址譯碼法的電路分別如下圖所示：（4）存儲器擴展電路設計8031單片機所支持的存儲系統(tǒng)起程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器為獨立編址。該設計選用程序存儲器2764和數(shù)據(jù)存儲器6264組成8031單片機的外存儲器擴展電路，單片機外存儲器擴展電路如下：（5）Ｉ／Ｏ擴展電路設計(a).通用可編程接口芯片８１５５８０３１單片機共有４個８位并行Ｉ／Ｏ接口，但供用戶使用的只有Ｐ1口及部分Ｐ3 口線。因此要進行Ｉ／Ｏ口的擴展。８１５５與微機接口較簡單，是微機系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。8155Y與8031的連接方式如下圖所示(b).鍵盤，顯示器接口電路鍵盤，顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機交互的外部設備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計算機狀態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。通常，數(shù)控系統(tǒng)都采用行列式鍵盤，即用Ｉ／Ｏ口線組成行，列結(jié)構(gòu)，按鍵設置在行列的交點上。數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有ＬＥＤ和ＬＣＤ。下圖所示為采用８１５５接口管理的鍵盤，顯示器電路。它有４Ｘ８鍵和６位ＬＥＤ顯示器組成。為了簡化秒電路，鍵盤的列線及ＬＥＤ顯示器的字位控制共用一個口，即共用８１５５的PＡ口進行控制，鍵盤的行線由８１５５Ｃ口擔任，顯示器的字形控制由8155的PB口擔任。鍵盤顯示器接口電路如下所示：4．步進電機驅(qū)動電路設計(1）脈沖分配器步進電機的控制方式由脈沖分配器實現(xiàn)，其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖按一定的分配方式和順序輸送給步進電機的各相繞組，實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)中通常使用集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。本設計采用集成脈沖分配器YB013。采用YB013硬件環(huán)行分配器的步進電機接口線路圖如下：（2）光電隔離電路在步進電機驅(qū)動電路中，脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后控制步進電機的勵磁繞組。如果將輸出信號直接與功率放大器相連，將會引起電氣干擾。因此在接口電路與功率放大器間加上隔離